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Explosionsmotor mit beiderseits geschlossenen Zylindern. Der Betrieb
der Explosionsmotoren vollzieht sich gegenwärtig in der Weise, daß der Arbeitskolben
ein bestimmtes Gas- und Luftgemisch ansaugt, dessen Brennstoffgehalt durch Drosselung
der Gasleitung nach Bedarf verändert werden kann.
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Hierbei wird die Höchstleistung erzielt, wenn das richtige Mischungsverhältnis
zwischen Brennstoff und Luft zustande gekommen ist und das Gemisch rein, d. h. nicht
durch Abgasüberreste verunreinigt ist. Die Steigerung der Brennstoffmenge kommt
einer Verminderung der Wirtschaftlichkeit gleich, weil das Mehr an Gas nur durch
eine entsprechende Verminderung des Luftvolumens erreichbar ist, denn das Zylindervolumen,
d. h. die Größe des Explosionsraumes, ist bei dem einmal vorhandenen Zylinder unveränderlich.
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Die Erfindung bezweckt demgegenüber, die Möglichkeit zu schaffen,
bei sonst gleichbleibenden Zylinderabmessungen ein beträchtlich größeres Volumen
in dem Explosionsraum unterbringen zu können und dadurch eine beträchtlich höhere
Leistung zu erzielen.
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In der Hauptsache wird das Ziel dadurch erreicht, daß Gas und Luft
nacheinander dem Explosionsraum zugeführt werden, und zwar so, daß der Zylinder
sich zunächst unter dem atmosphärischen Druck mit Luft füllt, hierauf Zusatzluft
unter höherem Druck eingeleitet wird und schließlich sich die Zuleitung des Brennstoffes
vollzieht, die selbstverständlich auch unter entsprechend hohem Druck zu erfolgen
hat.
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Außer der höheren Kompression und der dadurch bedingten höheren Leistung
wird der weitere Vorteil erzielt, daß der schädliche Raum innerhalb des Zylinders
vermindert wird, so daß auch mit einer Verunreinigung der neuen Zylinderfüllung
durch Abgasüberreste nicht gerechnet zu werden braucht.
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In der Zeichnung ist beispielsweise ein Explosionsmotor dargestellt,
der sich aus zwei Hochdruckzylindern und einem Niederdruckzylinder zusammensetzt.-In
dem Zylinder a ist konzentrisch ein vom Zylinderkopf b ausgehender Kolben d feststehend
angebracht, der sich in der als Zylinder ausgebildeten Höhlung f des Hauptkolbens
g führt.
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An beiden nach außen geschlossenen Enden des Zylinders a sind durch
die Maschine gesteuerte Ein- und Auslässe h., i angebracht.
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In dem kleinen Kolben d befindet sich ein Längskanal d', dessen Queröffnungen
am Kopf b des Zylinders a durch einen unter Federwirkung stehenden Schieber k verschlossen
werden.
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Die Steuerung der Ein- und Auslaßöffnungen h, i geschieht auf folgende
Weise: Angenommen, der Kolben g bewegt sich abwärts, nachdem er vorher die verbrannten
Gase ausgestoßen hatte, so ist die Öffnung h mit der Außenluft in Verbindung zu
bringen (vgl. Fig. 3, rechten Zylinder), und es strömt nun durch die Öffnung h atmosphärische
Luft in das Innere des Zylinders a. Bei der in Fig. z veranschaulichten Lage ist
im linken Hochdruckzylinder das Ansaugen von Luft eben vollendet. Im rechten Hochdruckzylinder
hat
dagegen die Expansion der verbrannten Gase ihr Ende gefunden. Während dieser Kolbenbewegung
(Fig. i, linker Hochdruckzylinder) wird das bei der vorausgegangenen Kolbenbewegung
in dem unteren Raum in. (Fig. 3, linker Hochdruckzylinder) durch die Öffnung i angesaugte
Gas (Brennstoff) mehr und mehr verdichtet, bis . der kleine Kolben d die Öffnung
n freigibt (Fig. i, links), so daß das stark verdichtete Gas nach dem kleinen Zylinder
f übertritt.
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Wenn der Hauptkolben g des linken Hochdruckzylinders a sich jetzt
wieder aufwärts bewegt, wird die Einlaßöffnung h geschlossen, und auch die Öffnung
i wird abgesperrt durch den Kolben d. Somit vollzieht sich im weiteren Verlaufe
der Kolbenbewegung in dem Zylinder a die Kernpression der Luft und im Zylinder f
die Kompression des Gases.
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Der Einlaß i wird mit der Außenluft in Verbindung gebracht und dadurch
Luft in den unter dem Kolben g befindlichen Ringraum m gesaugt.
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Wenn sich der Kolben g dem letzten Teile seiner Aufwärtsbewegung nähert,
stößt er gegen den Schieber k und hebt diesen so an, daß die an seinem Umfange vorgesehenen
Öffnungen mit den seitlichen Öffnungen des Kolbenkanals d' zusammenfallen. Infolgedessen
kann das im Zylinder f hoch komprimierte Gas in den Kompressionsraum bzw. in den
Zylinder a übertreten.
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Die Entzündung des so entstandenen stark verdichteten Gasluftgemisches
kann mittels Zündkerze erfolgen, was aber nicht nötig sein wird, weil infolge der
hohen Kompressionstemperatur die Entzündung sich von selbst vollziehen wird.
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Spätestens im Zeitpunkt der Explosion ist der untere Kanal i zu verschließen,
damit bei der jetzt einsetzenden Abwärtsbewegung des Kolbens g die Kompression der
im unteren Ringraum m befindlichen Luftmenge stattfindet.
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Im letzten Teile des Expansionshubes gibt der Ytolben d den
Kanal n frei, die verdichtete Luft tritt aus dem Raum m in den Zylinder
f
über. Mit dem Beginn des Auspuffhubes im Zylinder a erfolgt im. kleinen
Zylinder feine weitere Verdichtung der Luft, und wenn der Kolben g an dem
Schieber k ankommt, öffnet er schließlich die Durchlässe nach dem Kanal
d', so daß nun die in den Zylinder a
mit großer Geschwindigkeit übertretende
Luft die Gasreste ausbläst, die vom Kolben g nicht mehr verdrängt werden können,
weil er am Ende seiner Bewegung angekommen ist.
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Die volle Ausnutzung der durch die neue Maschine erzeugten Energie
kann erfolgen durch Wahl eines Zylinders von größerer Länge oder, wenn das nicht
erwünscht ist, durch Anschließen eines Niederdruckzylinders, in welchem. die noch
hochgespannten Auspuffgase des Hochdruckzylinders nochmals zur Wirkung gelangen.
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Am vorteilhaftesten wird es sein, wenn zwei Hochdruckzylinder mit
einem Niederdruckzylinder in Zusammenhang gebracht werden, wie das in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel angenommen ist.
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Der Niederdruckzylinder p befindet sich zwischen beiden Hochdruckzylindern
a, und an den Übergangsstellen von einem Zylindera zum Zylinder p befinden sich
kolbenartige Steuerschieber r, die in den Gehäusen q verschiebbar sind und durch
in der Zeichnung nicht dargestellte Hubscheiben von der Kurbelwelle l aus bewegt
werden.
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Die Steuerung wirkt in folgender Weise: Wenn sich der Kolben g abwärts
bewegt, um Luft anzusaugen, befindet sich der Schieber r in tiefster Stellung (Fig.
3, rechter Hochdruckzylinder-). Der Zylinder h befindet sich mit dein Schieberkanal
s in gleicher Ebene, und es kann die durch die Öffnungen t' des Gehäuses t in das
Gehäuse q eintretende Frischluft unter Überwindung des Rückschlagventils ic in den
Hochdruckzylinder ä angesaugt werden.
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Sobald sich der Hochdruckkolben dem Ende seiner Abwärtsbewegung nähert,
wird der Schieber r so umgesteuert, daß der Kanals nur zur Hälfte die Öffnung h
frei läßt und mit dem Kanalteil s', der vorher verschlossen war, über die Öffnung
v des Niederdruckzylinders p zu stehen kommt. Die beim eben erfolgten Hochgang des
Niederdruckkolbens p' verdichtete Luft kann infolgedessen von dem Niederdruckzylinder
p nach dem Hochdruckzylinder a übertreten, dessen Füllung dadurch schon eine geringe
Vorspannung erhält.
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Beide Schieber r haben gegenseitig Voreilung, so daß beispielsweise
die Abgase des rechten Hochdruckzylinders in den Niederdruckzylinder übertreten
können, nachdem der linke Schieber r die Kanäle lt, v bereits abgeschlossen
hat.
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Während der Niederdruckzylinder p beispielsweise für den linken Hochdruckzylinder
a als Ladepumpe auftritt, ist am rechten Hochdruckzylinder (vgl. Fig. i) die Expansion
beendet, und der entsprechende Schieber wird so eingestellt, daß der Ringkanal w
mit den beiden Öffnungen h, v zusammenfällt (s.Fig. i, rechts). Die noch
in Spannung befindlichen Auspuffgase treten nach dem Zylinder p über und treiben
den Kolben p' vor sich her. Vor Erreichen des unteren Totpunktes bewegt sich der
Kolbenrand x mit seinen Öffnungen x' zunächst an den Zylinderöffnungeny (s. Fig.
i und z) vorüber; die Auspuffgase entwichen durch den Ringkanal z und Stutzen z'
ins
h`reie, und im weiteren Verlaufe der Abwärtsbewegung kommen
die gleichen Öffnungen x' mit Zylinderöffnungen 6 zusammen (in der Zeichnung Fig.2
ersichtlich), die nach einer Unterdruckleitung führen, welch letztere dazu dient,
den letzten Rest der Abgase aus dem Zylinder p zu saugen.
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In unterster Lage angekommen, stehen die Öffnungen x' über den Zylinderöffnungen
1' (Fig. 3, links), die durch den Ringkanal z' und Stutzen 2 mit der Außenluft verbunden
sind.
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Bei dieser Kolbenstellung befinden sich die Öffnungen x' teilweise
auch über den Zylinderöffnungen 6, welche durch den Stutzen 3 mit der Unterdruckleitung
verbunden sind, so daß frische Luft in den Niederdruckzylinder gesaugt wird.
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Wenn der Schieber r so eingestellt ist, daß Auspuffgase aus dem Hochdruckzylinder
a nach dem Niederdruckzylinder p übertreten können, befindet sich der im unteren
Teile des Schiebers r angebrachte Querschlitz 4 (vgl. Fig. 4) mit dem Gaseinlaß
i in einer Ebene; es tritt durch die Leitung 5 Gas in den Ringraum m über, bis der
Kolben g seine höchste Stellung erreicht hat.
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Mit Beginn des Kompressionshubes tritt ein auf der arideren Seite
des Schiebers r und in anderer Ebene befindlicher Querschlitz 4' zusammen mit dem
Kanal i (Fig. 4) und der Leitung 5', durch welch .letztere Luft angesaugt wird.
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Bezüglich der Ventile (k) ist noch zu bemerken, daß deren Öffnungen
von einer Ringkappe k' überdeckt werden, an deren Dach die austretenden Gase bzw.
Luft auftreffen und das plötzliche vollständige Öffnen bewirken.